1、本科毕业论文（20 届）SF11-16000/66 电力变压器电磁计算所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -摘要电力变压器是电力系统中的一种重要设备，其发展趋势是提高可靠性、节省材料、降低损耗水平，明显缩短产品的设计周期、降低生产成本和提高产品的质量，从而增强产品的市场竞争力，取得显著的社会经济效益，因此电力变压器的电磁计算就显得尤为重要。本文介绍了变压器设计的课题背景，变压器计算的一般程序以及其基本结构特征。根据变压器的基本设计思路，完成了一台 SF11-16000/66 的变压器电磁计算工作，主要内容包
2、括电流电压计算，铁芯主要尺寸的确定，线圈匝数，几何尺寸，阻抗电压、空载、负载损耗、温升、短路电动力等的计算。电磁计算结果满足国家标准和技术参数的要求。关键词 电力变压器；电磁计算；短路阻抗；温升 哈尔滨理工大学学士学位论文- II -The Electromagnetical Calculation of SF11-16000/66 Power TransformerAbstractThe further development of power transformer, which is an important equipment in power system, is to improv
3、e the liability, save material and reduce loss, obviously shorten product design period, reduce the cost, improve product quality, strengthen the market competitiveness and gain distinct economic performance. Therefore, the electromagnetical calculation of power transformer is especially important.T
4、his article describes the background of the subject of the transformer design, the general procedure of transformer calculation as well as the basic structural features. According to the basic design concept of the transformer, completed a sets of SF11-16000/66 transformer electromagnetic calculatio
5、ns,the main contents include the current and voltage calculations, the main core size determination,the calculation of coil turns,the calculation of coil geometry size as well as the impedance voltage.These results of the electromagnetic calculation meet the requirements of national standards and te
6、chnical parameters, and including the main contents of impedance voltage, load and no-load loss, temperature rise, short-circuit electromagnetical force and so on.Keywords Power transformer, Electromagnetic calculation, Short-circuit impedance, Temperature rise哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II1
7、 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 变压器计算的一般程序 .11.3 变压器的工作原理与结构 .21.3.1 变压器的基本工作原理 .21.3.2 电力变压器基本结构 .31.4 本课题的目的和意义 .42 电力变压器电磁计算 .62.1 技术条件 .62.2 额定电压和电流的计算 .62.2.1 高低压线圈额定电压计算 .62.2.2 高低压线圈电流计算 .62.3 铁芯主要尺寸的确定 .72.3.1 铁芯直径选择 .72.3.2 铁芯截面积计算 .72.4 线圈匝数计算 .82.4.1 初选每匝电压 .82.4.2 低压线圈匝数确定 .82.4.3 高压线圈匝数确定 .92.4.4
8、电压比校核 .92.5 线圈几何尺寸的计算 .102.5.1 导线选取 .102.5.2 线段排列 .102.5.3 线圈高度计算 .112.5.4 线圈辐向宽度 .112.5.5 绝缘半径及窗高 .122.5.6 导线长度 .122.5.7 线圈直流电阻 .132.5.8 导线重量计算 .132.6 阻抗电压计算 .132.7 负载损耗和空载损耗 .15哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -2.7.1 负载损耗 .152.7.2 空载损耗 .162.8 温升计算 .172.8.1 高压线圈温升 .172.8.2 低压线圈温升 .182.8.3 油对空气温升 .192.8.4 油箱尺寸 .20
9、2.9 变压器短路电动力计算 .212.9.1 安匝平衡计算 .212.9.2 短路时绕组导线上应力计算 .232.10 电磁计算的小结 .25结论 .27致谢 .28参考文献 .29附录 .30哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -1 绪论1.1 课题背景电力变压器发明与十九世纪末，它为现代远距离恒定电压电流输电系统的发展奠定了基础。在十九世纪之前，公用供电的早期阶段里，均采用直流发电系统，人们不得不把发电设备靠近负载地点 1。于是在各种理论与实践的大力支持下，电力研究学者的共同努力下，电力变压器应运而生了。我国的电力变压器制造工业，从建国以来，随着国民经济的发展，特别是随着电力工业的发展而不
10、断发展。电力变压器单台容量和安装容量迅速增长，电压等级也不断提高。50 年代发展到 110kV 级，60 年代发展到220kV 级，70 年代发展到 330kV 级，80 年代发展到 550kV 级，现在发展到 750kV 级、1000kV 级。40 年来，我国电力变压器制造技术得到飞速发展，突破高压和超高压技术禁区，科研开发手段和产品创新能力得到进一步加强。500kV 电力变压器的科研成果和制造技术的应用，转化和逐步改善以及其他变压器类产品的移植，扩散必将促进变压器制造总体水平的进一步提高 1。电力变压器的进一步发展趋势是：进一步降低损耗水平，提高单台容量，电压等级向 10001500kV
11、特高压发展。1.2 变压器计算的一般程序变压器计算应根据产品设计任务书中给定的数据进行，以下介绍变压器设计计算步骤 2：a. 根据技术合同，结合国家标准及有关技术标准，决定变压器规格及其相应的性能参数，如额定容量、额定电压、联结组别、短路阻抗、负载损耗、空载损耗及空载电流等。b. 确定硅钢片型号，及铁心结构形式，计算铁心直径，选择标准直径得出铁心和铁轭截面积。c. 根据硅钢片型号，初选铁轭中磁通密度，计算每匝电势。d. 初选低压线圈匝数，凑成整数匝，根据整数匝再重算出铁心中的磁通密度及每匝电势，再算出高压线圈匝数。e. 根据线圈的结构型式，确定导线规格，进行线圈段数（层数） 、匝数的排列，计算
12、线圈轴向高度和辐向尺寸。f. 计算阻抗电压，大容量变压器阻抗值应与阻抗电压标准值接近，小容量变压器的阻抗电压值应小于阻抗电压标准值。g. 计算变压器负载损耗达到标准规定范围。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -h. 计算线圈导线对油的温升，不合规定时，可调整导线规格，或调整线段数及每段匝数的分配，当超过规定值过大时，则需更改铁心直径。i. 计算短路机械力及导线应力，当超过规定值时，应调整安匝分布，或加大导线截面积。j. 计算空载性能及变压器总损耗。k. 计算变压器的重量。1.3 变压器的工作原理与结构1.3.1 变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的。因此，它的结构是两个或两个以上
13、互相绝缘的绕组套在一个共同的铁芯上，它们之间通过磁路的耦合相互联系。所以，如同旋转电机一样，变压器也是以磁场为媒介的。两个绕组中的一个接到交流电源上，称为一次绕组，另一个接到负载上，称为二次绕组。当一次绕组接通交流电源时，在外加电压作用下，一次绕组中有交流电流流过，并在铁芯中产生交变磁通，其频率和外加电压的频率一样。这个交变磁通同时交链一次、二次绕组，根据电磁感应定律，便在二次绕组内感应出电动势。二次绕组有了电动势，便向负载供电，实现了能量传递。图 1-1 单相变压器原理图如图 1-1 所示，它是由两个匝数不等地绕组绕在一个闭合的铁芯上构成的。铁芯是用硅钢片叠装而成的，铁芯柱左边的绕组称为一次
14、绕组（也称初级绕组或原绕组） ，其匝数为 N1。另一侧绕组称为二次绕组 (也称次绕组或副绕组) ，其匝数为 N2。当二次侧开路，将一次侧接入交流电压 U1 时，则一次绕组中便有电流 I0 流过，这个电流通常称为空载电流。空载电流便产生空载磁动势，在铁芯中便有磁通 0 通过，此时在一、二次侧便产生感应电动势。(1-1)mfE114.(1-2)N22式中：一次侧自感电动势 (V)；1E哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -二次侧互感电动势（V） ；2E电源频率( )；fZH一次绕组匝数；1N二次绕组匝数；2交变主磁通的最大值（Wb ） ；m在空载情况下，两绕组的电压比为：(1-3)vKNEU2121
15、式中 为变压比 4。VK1.3.2 电力变压器基本结构随着变压器技术的发展，其结构越来越趋于复杂。变压器的品种繁多，结构型式也是千变万化，如图 1-2 为一台电力变压器外形结构。图 12 电力变压器外形实例图变压器是由套在一个闭合铁芯上的两个绕组组成的，铁芯和绕组是变压器最基本的组成部分。此外，还有油箱、储油柜、吸湿器、散热器、防爆管或压力释放阀、绝缘套管等等。变压器各部件的作用如下：铁芯：它是变压器电磁感应的磁通路，变压器的一、二次绕组都绕在哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -铁芯上，铁芯是用导磁性能很好的硅钢片叠装成的闭合磁路。为了减少涡流，铁芯一般采用含硅 1%4.5%，厚度为 0.23
16、mm0.35mm 的硅钢片叠装而成。绕组：它是变压器的电路部分。变压器分高、低压绕组，即一次、二次两绕组。它是由绝缘铜线或铝线绕成的多层线圈套装在铁芯上。导线外边的绝缘一般采用纸绝缘。油箱：它是变压器的外壳，内装铁芯、绕组和变压器油，同时起一定的散热作用。储油柜：当变压器油的体积随油温的变化而膨胀或缩小时，储油柜起着储油和补油的作用，以保证油箱内充满油。储油柜还能减少油与空气的接触面，防止油被过速氧化和受潮。一般储油柜的容积为变压器油箱容积的 1/10。储油柜上装有游标管，用以监视油位的变化，即油位计。吸湿器：由一个铁管和玻璃容器组成，内装干燥剂如硅胶。储油柜内的油是通过吸湿器与空气相通。吸湿
17、器内装干燥剂吸收空气中的水份及杂质，使油保持良好的电气性能，吸湿器又称呼吸器。散热器：当变压器上层油温与下层油温产生温差时，通过散热器形成油的循环，使油经散热器冷却后流回油箱，起到降低变压器温度的作用。为提高变压器油冷却得效果，可采用风冷、强迫油循环和强油水冷等措施。安全气道：装于变压器的顶盖上，桶状或喇叭形管子，管口用玻璃板封住并用玻璃刀刻上“十”字。当变压器内有故障时，油温升高，油剧烈分解产生大量气体，使油箱内压力剧增，这时安全气道玻璃板破碎，油及气体从管口喷出，以防止变压器油箱爆炸或变形，目前一般采用压力释放阀来代替安全气道又称防爆管。高、低压绝缘套管：它是变压器高、低压绕组的引线到油箱
18、外部的绝缘装置，起着固定引线和对地绝缘的作用。分接开关：它是调整电压比的装置。双绕组变压器的一次绕组及三绕组变压器的一、二次绕组一般都有个分接头位置 35（三个分接头中间分接头为额定电压位置，相邻分接头相差5%，多分接头的变压器相邻分接头相差2.5%） 。气体继电器：它是变压器的主要保护装置，装于变压器的油箱和储油柜的连接管上。变压器内部发生故障时，气体继电器的上触点接信号回路，下触点接断路器跳闸回路，能发出信号并使断路器调闸。附件：变压器还有温度计、净油器、油位计等附件。1.4 本课题的目的和意义将在校的变压器的理论的学习与真正的变压器设计实践相结合，在系统学习变压器的结构原理基础上，通过自己独立的设计一台变压器，了解哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -变压器设计的主要过程及相关的方法。在设计的过程中不断学习、消化、掌握变压器电磁计算的全过程，掌握其计算方法，从而对变压器有一个深入的了解。本论文的意义是：通过变压器设计加深对变压器原理的理解，掌握变压器的设计方法，达到举一反三，精通一类变压器的设计方法。为今后打下良好和坚实的基础。
